NASAs store observatorier hjælper astronomer med at bygge en 3D-visualisering af eksploderet stjerne

I år 1054 e.Kr. Kinesiske skyobservatører var vidne til den pludselige fremkomst af en "ny stjerne" på himlen, som de registrerede som seks gange lysere end Venus, gør det til den lyseste observerede stjernebegivenhed i registreret historie. Denne "gæstestjerne, "som de beskrev det, var så lyst, at folk så det på himlen om dagen i næsten en måned. Indfødte amerikanere registrerede også dets mystiske udseende i helleristninger.

Observerer tågen med tidens største teleskop, Lord Rosse i 1844 kaldte objektet "Krabben" på grund af dens tentakellignende struktur. Men det var først i 1900-tallet, at astronomer indså, at tågen var det overlevende levn fra 1054 supernovaen, eksplosionen af ​​en massiv stjerne.

Nu, astronomer og visualiseringsspecialister fra NASAs Universe of Learning-program har kombineret det synlige, infrarød, og røntgensyn af NASAs Store Observatorier for at skabe en tredimensionel repræsentation af den dynamiske Krabbetåge.

Multibølgelængde computergrafikvisualisering er baseret på billeder fra Chandra X-ray Observatory og Hubble- og Spitzer-rumteleskoperne. Den cirka fire minutter lange video dissekerer den indviklede indlejrede struktur, der udgør dette stjernelig, give seerne en bedre forståelse af de ekstreme og komplekse fysiske processer, der driver tågen. Kraftcenteret "motor", der aktiverer hele systemet, er en pulsar, en hurtigt roterende neutronstjerne, den supertætte knuste kerne af den eksploderede stjerne. Den lille dynamo sprænger blærende strålingsimpulser ud 30 gange i sekundet med en utrolig urværkspræcision.

Astronomer og visualiseringsspecialister fra NASAs Universe of Learning-program har kombineret det synlige, infrarød, og røntgensyn af NASAs store observatorier for at skabe en tredimensionel repræsentation af den dynamiske krabbetåge, de lasede rester af en eksploderet stjerne.

Multibølgelængde computergrafikvisualisering er baseret på billeder fra Chandra X-ray Observatory og Hubble- og Spitzer-rumteleskoperne.

Den cirka fire minutter lange video dissekerer den indviklede indlejrede struktur, der udgør dette stjernelig, give seerne en bedre forståelse af de ekstreme og komplekse fysiske processer, der driver tågen. Kraftcenteret "motor", der aktiverer hele systemet, er en pulsar, en hurtigt roterende neutronstjerne, den supertætte knuste kerne af den eksploderede stjerne. Den lille dynamo sprænger blærende strålingsimpulser ud 30 gange i sekundet med en utrolig urværkspræcision.

Visualiseringen blev produceret af et hold ved Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland; Caltech/IPAC i Pasadena, Californien; og Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian (CfA) i Cambridge, Massachusetts. Det vil debutere på American Astronomical Society møde i Honolulu, Hawaii. Filmen er tilgængelig for planetarier og andre centre for uformel læring verden over.

"At se todimensionelle billeder af et objekt, især af en kompleks struktur som Krabbetågen, giver dig ikke en god idé om dens tredimensionelle natur, " forklarede STScI's visualiseringsforsker Frank Summers, der ledede holdet, der udviklede filmen. "Med denne videnskabelige fortolkning, vi ønsker at hjælpe folk med at forstå Krabbetågens indlejrede og indbyrdes forbundne geometri. Samspillet mellem multibølgelængdeobservationerne belyser alle disse strukturer. Uden at kombinere røntgen, infrarød, og synligt lys, du får ikke det fulde billede."

Visse strukturer og processer, drevet af pulsarmotoren i hjertet af tågen, ses bedst ved bestemte bølgelængder.

Filmen begynder med at vise Krabbetågen i sammenhæng, udpeger dens placering i stjernebilledet Tyren. Denne visning zoomer ind for at præsentere Hubble, Spitzer, og Chandra billeder af Krabbetågen, hver fremhæver en af ​​de indlejrede strukturer i systemet. Videoen begynder derefter en langsom opbygning af den tredimensionelle røntgenstruktur, viser pulsaren og en ringede skive af energiforsynet materiale, og tilføjelse af stråler af partikler, der affyres fra modsatte sider af den energiske dynamo.

Dernæst vises et roterende infrarødt billede af en sky, der omslutter pulsarsystemet, og glødende fra synkrotronstråling. Denne karakteristiske form for stråling opstår, når strømme af ladede partikler spiraler rundt om magnetfeltlinjer. Der er også infrarød emission fra støv og gas.

Den ydre skal af synligt lys af Krabbetågen vises derefter. Det ligner et bur rundt om hele systemet, denne skal af glødende gas består af tentakelformede filamenter af ioniseret oxygen (ilt mangler en eller flere elektroner). Tsunamien af ​​partikler udløst af pulsaren presser på denne ekspanderende affaldssky som et dyr, der rasler i sit bur.

Røntgen, infrarød, og synligt lys-modeller kombineres i slutningen af ​​filmen for at afsløre både en roterende tredimensionel multibølgelængdevisning og det tilsvarende todimensionelle multibølgelængdebillede af Krabbetågen.

De tredimensionelle strukturer tjener som videnskabeligt informerede tilnærmelser til at forestille sig tågen. "De tredimensionelle visninger af hver indlejret struktur giver dig en idé om dens sande dimensioner, " sagde Summers. "For at gøre det muligt for seerne at udvikle en komplet mental model, vi ønskede at vise hver struktur separat, fra den ringede skive og jetfly i stærk relief, til synkrotronstrålingen som en sky omkring det, og så det synlige lys som en burstruktur, der omgiver hele systemet."

Disse indlejrede strukturer er særlige for Krabbetågen. De afslører, at tågen ikke er en klassisk supernova-rest, som man engang troede. I stedet, systemet er bedre klassificeret som en pulsarvindtåge. En traditionel supernova-rest består af en eksplosionsbølge, og affald fra supernovaen, der er blevet opvarmet til millioner af grader. I en pulsarvindtåge, systemets indre område består af lavtemperaturgas, der varmes op til tusindvis af grader af den højenergiske synkrotronstråling.

"Det er virkelig via multibølgelængdestrukturen, at du bedre kan forstå, at det er en pulsarvindtåge, " sagde Summers. "Dette er et vigtigt læringsmål. Du kan forstå energien fra pulsaren ved kernen, der bevæger sig ud til synkrotronskyen, og derefter videre ud til filamenterne i buret."

Summers og STScI-visualiseringsteamet arbejdede med Robert Hurt, ledende visualiseringsforsker ved IPAC, på Spitzer-billederne; og Nancy Wolk, billedbehandlingsspecialist ved Chandra X-ray Center ved CfA, på Chandra-billederne. Deres første skridt var at gennemgå tidligere forskning om Krabbetågen, et intenst undersøgt objekt, der blev dannet ud fra en supernova set i 1054 af kinesiske astronomer.

Startende med den todimensionelle Hubble, Spitzer, og Chandra billeder, holdet arbejdede sammen med eksperter for at analysere de komplekse indlejrede strukturer, der består af tågen og identificere den bedste bølgelængde til at repræsentere hver komponent. Den tredimensionelle fortolkning er styret af videnskabelige data, viden, og intuition, med kunstneriske træk, der udfylder strukturerne.

Visualiseringen er en af ​​en ny generation af produkter og oplevelser, der udvikles af NASAs Universe of Learning-program. Indsatsen kombinerer en direkte forbindelse til videnskaben og videnskabsmændene fra NASAs astrofysiske missioner med opmærksomhed på publikums behov for at gøre det muligt for unge, familier, og livslange elever til at udforske grundlæggende spørgsmål inden for naturvidenskab, opleve, hvordan videnskab udføres, og opdage universet selv.

Denne video demonstrerer kraften i multibølgelængdeastronomi. Det hjælper publikum med at forstå, hvordan og hvorfor astronomer bruger flere områder af det elektromagnetiske spektrum til at udforske og lære om vores univers.